其他相關文獻

[1]為評論(tutorial)論文，介紹不同的 LPWA 的設計目標和技術。LPWA 是利用低成本的低功耗設備提供廣域覆蓋。一些新興 LPWAN 技術之標準 化活動，是藉由不同的標準開發組織所執行；如：電機電子工程師學會

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(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)、網際網路工程任務 組 (Internet Engineering Task Force ， IETF) 、 第 三 代 合 作 夥 伴 計 畫 (3rd Generation Partnership Project ， 3GPP) 、 歐 洲 電 信 標 準 協 會 (European Telecommunications Standards Institute ， ETSI) ，以及工業聯盟 (industrial consortia)等。而關於個人 LPWAN 技術 ，如：LoRa 聯盟、WEIGHTLESS-SIG、DASH7 聯盟等，這些組織也注意到 LPWAN，而採用相似的技術，

因此會有相似的限制跟挑戰。

[2]考慮一個結合 802.11ah 及 LoRaWAN 技術的網路佈署，並提出了 一個框架，以作為 802.11ah 和 LoRaWAN 互連。此框架允許網路和物聯網 提供商，在執行決策階段，可視情況實施各種政策方案其中之一。單模式 可支援兩種無線電存取技術(Radio Access Technologies，RAT)其中之一，

而多模式可同時支援兩種無線電存取技術，且支援終端設備操作於不同的 類別。

根據 802.11ah 的建議，包含兩種類型的設備：流量指示圖(Traffic Indication Map，TIM)設備和非 TIM 設備。每個設備的配置，可根據應用 類型、所需功率級別、服務品質(Quality of Service，QoS)、或其他因素而 調整。屬於某一群組的 TIM 設備，會在該群組的存取窗口存取介質；而非 TIM 設備，則可以長時間休眠，而不需要聽任何信標(beacon)。

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圖2-1-5：ANMSRM 模組的資源管理框架[2]。

如一般的 LoRaWAN 的架構，閘道器居中做為設備與伺服器轉傳的角 色。LoRaWAN 支援 A、B、C 三種類型的終端設備。所有 LoRaWAN 終端 設備都必須實現A 類功能。A 類為最低功耗的終端設備，而儘管 C 類設備 有最佳之即時性，但功率消耗最高。

若設備支援多模 802.11ah-LoRaWAN 功能，但是由於兩個系統並沒有 很好的匹配功能，因此[2]提出 802.11ah 混合模式。[2]引入一個存取網路/

模 式 選 擇 和 資 源 管 理 (Access Network / Mode Selection and Resource Management，ANMSRM)的模組，如圖 2-1-5，以最佳化 RAT。LoRaWAN 網路伺服器、無線區域網控制器(Wireless LAN Controller，WLC)、以及 ANMSRM 模塊，可從 LoRaWAN 和 802.11ah 網路節點獲得所需要的性能 參數，以判斷將使用哪一種網路進行資料傳輸。

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圖2-1-6：A 類終端設備發送數據的過程[4]。

[4] 主要討論 LoRaWAN 中，A 類設備的存取過程。LoRaWAN 的架構 是典型的星型拓撲，其中 LoRa 閘道器擔任中繼轉傳的角色。閘道與伺服 器的連接是透過標準的 IP 網路，而節點，或終端設備在上鏈與下鏈兩個方 向上，與一個或多個閘道器通訊。A 類終端設備採用純 ALOHA 存取模式。

該存取模式有低通道使用率、高存取延遲、高碰撞機率等問題，所以[4]提 出了一種增強的存取機制，即動態退避機制(Dynamic Backoff Mechanism)。

增強的存取機制會根據用戶的數量，調整倒數窗口的大小。此外，節點會 隨機的選擇上鏈通道及展頻因子用於傳輸，傳輸之後的節點會打開兩個接 收窗口。

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A 類節點的存取過程如圖 2-1-6 所示。整個過程由 A 類節點啟動，節 點隨機選擇其中一個上鏈通道和展頻因子。傳送後，節點會打開兩個連續 的接收窗口，如圖 2-1-6 所示 RX1 與 RX2 的兩個時間區間。在 DATA 傳 送結束後，RX1 窗口在一秒後打開，閘道器會送出兩個確認信號 ACK1 和 ACK2。ACK1 使用節點的上鏈數據相同的通道的數據速率；ACK2 則使用 唯一的下鏈通道，並採用與下鏈通道相對應的數據速率。如果終端設備接 收到其中任何一個 ACK，則數據傳輸可以成功；否則，節點將執行倒數機 制以進行下一次重傳。

[8]對 LoRaWAN 操作進行分析，主要貢獻為通道存取的性能評估，並 指出 LoRaWAN 規範的弱點，提出解決方案以改善 LoRaWAN 性能。[8]提 到 LoRaWAN 規範於 2015 年出版以來，只有少數論文探討其性能且多數 的研究都高估了網路容量。因此，[8]以更現實的條件，評估 LoRaWAN 網 路性能。

LoRaWAN 節點使用 LoRa 技術與閘道器進行通訊。此技術使用啁啾展 頻(Chirp-Spread Spectrum，CSS)的調變。由於該調變技術具有相對較低的 傳輸功率要求以及來自通道衰減效應的固有穩健性，例如：多徑(multipath)、

衰落(fading)、都普勒(Doppler、以及帶內干擾(in-band jamming interferers) 等，所以廣泛用於軍事和安全通訊。該調變如圖 2-1-7 所示，在 LoRa 中，

每個符號可表示為正弦訊號，其頻率在窗口 BW 內圍繞中心頻率 𝑓_𝑐 週期 性變化。頻率因此從某個值開始，增加到最大值，再下降到最小值，然後 繼續增長直到達到初始值，以完成一次循環。該調變之處理增益可以抵抗 干擾和雜訊。

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圖 2-1-7：LoRa 發射器的訊號頻率隨時間的演變[7]。

表 III：歐盟 863-880 MHz ISM 頻段的數據速率[8]。

較高的展頻因子 (Spreading factor，SF)有較低的比特率，但具有較高的 靈敏度。例如，當 SF = 7 時，在 125 kHz 通道中，Semtech SX1276 LoRa 設備可以接收-125 dBm 的傳輸；但是當 SF = 12 時，靈敏度則為-137 dBm。

這種調變和編碼方案的明顯特徵為：LoRa 設備可以正確地接收在同一通 道中具有不同展頻因子的兩個重疊傳輸。

此外，即使在兩個或以上同時傳輸使用相同展頻因子，只要訊號功率 的差異高於 3 dB，就可以正確地接收其中最強大的一個，如表 III 列出了 歐洲 EU 863-870 MHz ISM 頻段不同展頻因子的數據速率。

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